JP2019032237A - Concentration computing device and concentration computing method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を演算する濃度演算装置および濃度演算方法に関する。 The present disclosure relates to a concentration calculation device and a concentration calculation method for calculating the concentration of a specific gas component contained in a measurement target gas.
内燃機関の流路に流れる測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度（特定成分濃度）を演算する濃度演算装置および濃度演算方法が知られている。
濃度演算装置としては、例えば、内燃機関の排気流路に設けられたガスセンサを用いて、排気ガスに含まれる酸素濃度を演算するものがある。なお、ガスセンサで検出される濃度情報は、測定対象ガスにおける特定成分（酸素など）の濃度のみならず、測定対象ガスの圧力の影響によって変動することがある。
A concentration calculation device and a concentration calculation method for calculating the concentration of a specific gas component (specific component concentration) contained in a measurement target gas flowing in a flow path of an internal combustion engine are known.
As a concentration calculation device, for example, there is a device that calculates a concentration of oxygen contained in exhaust gas using a gas sensor provided in an exhaust passage of an internal combustion engine. The concentration information detected by the gas sensor may fluctuate not only due to the concentration of a specific component (oxygen or the like) in the measurement target gas but also due to the influence of the pressure of the measurement target gas.
これに対して、測定対象ガスの圧力変化速度に基づいて濃度情報を補正することで、測定対象ガスの圧力の影響を低減し、特定成分濃度の検出精度の低下を抑制する技術が提案されている（特許文献１）。 On the other hand, a technique has been proposed in which the concentration information is corrected based on the pressure change rate of the measurement target gas, thereby reducing the influence of the pressure of the measurement target gas and suppressing the decrease in the detection accuracy of the specific component concentration. (Patent Document 1).
しかし、測定対象ガスの圧力変化速度に基づいて濃度情報を補正する構成であっても、測定対象ガスの圧力変化状態によっては圧力の影響を十分には低減できず、特定成分濃度の検出精度の低下を抑制できない場合がある。 However, even if the concentration information is corrected based on the pressure change rate of the measurement target gas, the influence of pressure cannot be sufficiently reduced depending on the pressure change state of the measurement target gas, and the detection accuracy of the concentration of a specific component is not In some cases, the decrease cannot be suppressed.
例えば、測定対象ガスの圧力変化が急峻である場合には、ガスセンサの出力（濃度情報）に圧力の影響が現れるタイミングと、圧力変化速度の検出タイミングとに時間的なズレが生じる可能性がある。このような場合には、濃度情報に対する圧力の影響を十分には低減できず、特定成分濃度の検出精度の低下を抑制できない可能性がある。 For example, when the pressure change of the measurement target gas is steep, there may be a time lag between the timing at which the influence of the pressure appears on the output (concentration information) of the gas sensor and the detection timing of the pressure change speed. . In such a case, the influence of the pressure on the concentration information cannot be sufficiently reduced, and there is a possibility that the decrease in the detection accuracy of the specific component concentration cannot be suppressed.
そこで、本開示は、測定対象ガスの圧力変化が急峻である場合にも、測定対象ガスの圧力の影響を低減し、特定成分濃度の検出精度の低下を抑制できる濃度演算装置および濃度演算方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present disclosure provides a concentration calculation device and a concentration calculation method capable of reducing the influence of the pressure of the measurement target gas and suppressing the decrease in the detection accuracy of the specific component concentration even when the pressure change of the measurement target gas is steep. The purpose is to provide.
本開示の一態様は、濃度情報取得部と、濃度演算部と、を備える濃度演算装置であって、圧力情報取得部と、補正情報演算部と、濃度情報補正部と、を備える。
濃度情報取得部は、内燃機関のうち測定対象ガスの流路に設けられたガスセンサで検出される濃度情報を取得するように構成されている。その濃度情報は、測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じて変化する濃度情報である。
One aspect of the present disclosure is a concentration calculation device including a concentration information acquisition unit and a concentration calculation unit, and includes a pressure information acquisition unit, a correction information calculation unit, and a concentration information correction unit.
The concentration information acquisition unit is configured to acquire concentration information detected by a gas sensor provided in the flow path of the measurement target gas in the internal combustion engine. The concentration information is concentration information that changes according to the concentration of the specific gas component contained in the measurement target gas.
濃度演算部は、濃度情報に基づいて特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を演算するように構成されている。
圧力情報取得部は、流路における測定対象ガスの圧力を表す圧力情報を取得するように構成されている。補正情報演算部は、圧力情報に基づいて測定対象ガスの圧力変化状態を示す圧力変化情報を演算し、圧力変化情報から予め定められた特定周波数成分を抽出し、特定周波数成分を濃度補正情報として演算するように構成されている。濃度情報補正部は、濃度補正情報を用いて圧力変化状態の影響を低減するように濃度情報を補正するように構成されている。
The concentration calculation unit is configured to calculate a specific component concentration that is a concentration of the specific gas component based on the concentration information.
The pressure information acquisition unit is configured to acquire pressure information indicating the pressure of the measurement target gas in the flow path. The correction information calculation unit calculates pressure change information indicating the pressure change state of the measurement target gas based on the pressure information, extracts a predetermined specific frequency component from the pressure change information, and uses the specific frequency component as concentration correction information. It is comprised so that it may calculate. The density information correction unit is configured to correct the density information so as to reduce the influence of the pressure change state using the density correction information.
濃度演算部は、濃度情報補正部による補正後の濃度情報に基づいて特定成分濃度を演算する。
この濃度演算装置は、圧力変化情報をそのまま利用して濃度情報を補正するのではなく、圧力変化情報から抽出した特定周波数成分である濃度補正情報を用いて濃度情報を補正するように構成されている。このような方法で濃度情報を補正することで、圧力変化の影響を低減でき、濃度情報の変化状態を実際の濃度変化に近づけることができる。
The density calculation unit calculates the specific component density based on the density information corrected by the density information correction unit.
This concentration calculation device is configured to correct concentration information using concentration correction information, which is a specific frequency component extracted from pressure change information, instead of correcting concentration information using pressure change information as it is. Yes. By correcting the density information by such a method, the influence of the pressure change can be reduced, and the change state of the density information can be brought close to an actual density change.
よって、この濃度演算装置は、測定対象ガスにおける圧力変化の影響を低減でき、特定成分濃度の検出精度の低下を抑制できるため、特定成分濃度の検出精度を向上できる。
次に、上述の濃度演算装置においては、特定周波数成分を規定する周波数を、ガスセンサの特性に基づいて設定する特定周波数設定部を備えてもよい。
Therefore, this concentration calculation apparatus can reduce the influence of the pressure change in the measurement target gas and can suppress the decrease in the detection accuracy of the specific component concentration, so that the detection accuracy of the specific component concentration can be improved.
Next, the above-described concentration calculation device may include a specific frequency setting unit that sets a frequency defining the specific frequency component based on the characteristics of the gas sensor.
このようにガスセンサの特性に応じて特定周波数成分を規定する周波数を設定することで、ガスセンサの特性に応じた濃度補正情報を得ることができる。よって、濃度演算装置は、このような濃度補正情報を用いることで、より一層、濃度の検出精度を向上できる。 Thus, concentration correction information according to the characteristics of the gas sensor can be obtained by setting the frequency that defines the specific frequency component according to the characteristics of the gas sensor. Therefore, the density calculation device can further improve density detection accuracy by using such density correction information.
次に、本開示の他の態様は、濃度情報取得ステップと、濃度演算ステップと、を備える濃度演算方法であって、圧力情報取得ステップと、補正情報演算ステップと、濃度情報補正ステップと、を備える。 Next, another aspect of the present disclosure is a concentration calculation method including a concentration information acquisition step and a concentration calculation step, and includes a pressure information acquisition step, a correction information calculation step, and a concentration information correction step. Prepare.
濃度情報取得ステップでは、内燃機関のうち測定対象ガスの流路に設けられたガスセンサで検出される濃度情報を取得する。その濃度情報は、測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度に応じて変化する濃度情報である。 In the concentration information acquisition step, concentration information detected by a gas sensor provided in the flow path of the measurement target gas in the internal combustion engine is acquired. The concentration information is concentration information that changes according to the concentration of the specific gas component contained in the measurement target gas.
濃度演算ステップでは、濃度情報に基づいて特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を演算する。
圧力情報取得ステップでは、流路における測定対象ガスの圧力を表す圧力情報を取得する。補正情報演算ステップでは、圧力情報に基づいて測定対象ガスの圧力変化状態を示す圧力変化情報を演算し、圧力変化情報から予め定められた特定周波数成分を抽出し、特定周波数成分を濃度補正情報として演算する。濃度情報補正ステップでは、濃度補正情報を用いて圧力変化状態の影響を低減するように濃度情報を補正する。
In the concentration calculation step, a specific component concentration that is the concentration of the specific gas component is calculated based on the concentration information.
In the pressure information acquisition step, pressure information representing the pressure of the measurement target gas in the flow path is acquired. In the correction information calculation step, pressure change information indicating the pressure change state of the measurement target gas is calculated based on the pressure information, a predetermined specific frequency component is extracted from the pressure change information, and the specific frequency component is used as concentration correction information. Calculate. In the density information correction step, the density information is corrected so as to reduce the influence of the pressure change state using the density correction information.
濃度演算ステップでは、濃度情報補正ステップによる補正後の濃度情報に基づいて特定成分濃度を演算する。
この濃度演算方法では、圧力変化情報をそのまま利用して濃度情報を補正するのではなく、圧力変化情報から抽出した特定周波数成分である濃度補正情報を用いて濃度情報を補正する。このように濃度情報を補正することで、濃度情報の変化状態を実際の濃度変化に近づけることができる。よって、この濃度演算方法は、濃度の検出精度を向上できる。
In the density calculation step, the specific component density is calculated based on the density information corrected by the density information correction step.
In this concentration calculation method, the concentration information is not corrected using pressure change information as it is, but is corrected using concentration correction information that is a specific frequency component extracted from the pressure change information. By correcting the density information in this way, the density information change state can be brought close to an actual density change. Therefore, this density calculation method can improve density detection accuracy.
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本開示は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
Hereinafter, embodiments to which the present disclosure is applied will be described with reference to the drawings.
In addition, this indication is not limited to the following embodiment at all, and it cannot be overemphasized that various forms may be taken as long as it belongs to the technical scope of this indication.
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
第１の実施形態に係るガスセンサ装置１について、図１および図２を参照しながら説明する。まず、図１は、本実施形態に係るガスセンサ装置１の概略構成を説明する模式図である。
[1. First Embodiment]
[1-1. overall structure]
A
ガスセンサ装置１は、図１に示すように、内燃機関４０に吸入される吸気ガスに含まれる酸素の濃度を測定するものである。ガスセンサ装置１により測定された酸素濃度は、内燃機関４０の制御、例えば空燃比の制御に用いられるものである。また、排気ガスの吸気側への循環が生じている時の酸素濃度と排気ガスの吸気側への循環が生じていない時の酸素濃度との比であるＥＧＲ率の算出にも用いることができる。ガスセンサ装置１には、酸素センサ１０（ガスセンサ１０）と、圧力センサ２０と、エンジンコントロールユニット３０（演算部３０。以下「ＥＣＵ３０」と表記する。）と、が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
なお、本実施形態では、内燃機関４０に吸入される吸気ガスに含まれる酸素濃度を測定する例について説明するが、本開示は、内燃機関４０から排気される排気ガスに含まれる酸素濃度を測定する例に適用してもよく、特に限定するものではない。但し、吸気ガスにおいては、ガスの圧力変動が大きく、酸素センサ１０の出力値と実際のＯ２濃度との間に誤差が生じやすい状況となるため、本開示を用いることが有効となる。
In this embodiment, an example in which the oxygen concentration contained in the intake gas sucked into the
酸素センサ１０および圧力センサ２０は、内燃機関４０の吸入配管４１のうち、排気再循環配管４３（以下、「ＥＧＲ配管４３」と表記する。）との合流点よりも内燃機関４０側（言い換えると、下流側）に配置されている。また、吸入配管４１における酸素センサ１０および圧力センサ２０の配置位置よりも上流側には、吸入配管４１を流れる空気の流量を調節する吸気弁４４が設けられている。なお、酸素センサ１０および圧力センサ２０の配置は、酸素センサ１０が上流側に配置されていてもよいし、圧力センサ２０が上流側に配置されていてもよく、特に限定するものではない。
The
なお、ＥＧＲ配管４３は、排気配管４２と吸入配管４１とをつなぐ配管であり、排気配管４２を流れる排気ガスの一部を吸入配管４１に導くもの（言い換えると、排気ガスを再循環させるもの）である。ＥＧＲ配管４３には、排気ガスの再循環量を調節する調節弁４５が設けられている。
The
酸素センサ１０は、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスに含まれる酸素濃度を測定するセンサであり、酸素濃度に応じた出力値の１つである電流Ｉｐを出力するものである。電流Ｉｐの値は、吸気ガスに含まれる酸素濃度に応じて変化すると共に、吸入配管４１を流れる吸気ガスの圧力にも応じて変化する。言い換えると、電流Ｉｐは、酸素濃度の関数であるとともに、吸気ガス圧力の関数でもある。なお、酸素センサ１０としては、上述の特性を有する公知のセンサであればよく、特にその形式等を限定するものではない。
The
圧力センサ２０は、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの圧力を測定するセンサであり、吸気ガスの圧力に応じた測定信号Ｓｐを出力するものである。なお、圧力センサ２０としては、公知の圧力センサを用いることができ、特に限定するものではない。
The
ＥＣＵ３０は、酸素センサ１０の出力値（電流Ｉｐ）および圧力センサ２０の測定信号Ｓｐに基づいて、吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの酸素濃度を演算により求めるものである。ＥＣＵ３０は、少なくとも、求められた酸素濃度に基づいて内燃機関４０の運転状態を制御するものである。
The
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力インタフェース等を有するコンピュータシステムである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、ＣＰＵやＲＡＭ等を、濃度情報取得部３１、圧力情報取得部３２、補正情報演算部３３、濃度情報補正部３４、濃度演算部３５、特定周波数設定部３６として少なくとも機能させるものである。なお、ＥＣＵ３０における酸素濃度の算出方法（具体的には、濃度情報取得部３１、圧力情報取得部３２、補正情報演算部３３、濃度情報補正部３４、濃度演算部３５、特定周波数設定部３６における演算内容）については後述する。
The
［１−２．酸素濃度算出処理］
次に、上記の構成を備えるガスセンサ装置１における酸素濃度の算出方法について説明する。図２は、ＥＣＵ３０における酸素濃度の算出方法を説明する図面であり、具体的には、ＥＣＵ３０が実行する酸素濃度算出処理の処理内容を表すフローチャートである。なお、本実施形態では、ガスセンサ装置１における酸素濃度算出処理は、任意の時間間隔をあけて繰り返し行われる。
[1-2. Oxygen concentration calculation process]
Next, a method for calculating the oxygen concentration in the
酸素濃度算出処理が開始されると、ＥＣＵ３０の濃度情報取得部３１は、図２に示すように、酸素センサ１０から出力される出力値（電流Ｉｐ）を取得する処理を実行する（Ｓ１１０：濃度情報取得ステップ）。
When the oxygen concentration calculation process is started, the concentration
次に、ＥＣＵ３０の特定周波数設定部３６は、酸素センサ１０の特性に応じて定められる時定数τを記憶部（ＲＯＭなど）から読み込む（Ｓ１２０：特定周波数設定ステップ）。時定数τは、例えば、酸素センサ１０を用いた実際の測定結果に基づいて、酸素センサ１０の特性に応じた値が設定される。具体的には、圧力変化速度に対する酸素センサ１０の出力の遅れを測定して、酸素センサ１０毎に時定数τを設定する。記憶部は、各種情報を記憶しており、各種情報の１つとして時定数τを記憶している。
Next, the specific
次に、ＥＣＵ３０は、酸素センサ１０の特性に応じて定められる圧力補正係数Ｋｐを記憶部（ＲＯＭなど）から読み込む（Ｓ１３０）。圧力補正係数Ｋｐは、酸素センサ１０を用いた実際の測定結果に基づいて、酸素センサ１０の特性に応じた値が設定されている。具体的には、圧力の異なる２点Ｐ１［ｋＰａ］、Ｐ２［ｋＰａ］において、酸素センサ出力Ｉｐ１［ｍＡ］、Ｉｐ２［ｍＡ］をそれぞれ測定する。圧力補正係数Ｋｐは、Ｋｐ＝Ｐ１×Ｐ２×（Ｉｐ１−Ｉｐ２）／（Ｐ１×Ｉｐ２−Ｐ２×Ｉｐ１）で求められる。つまり、圧力補正係数Ｋｐは、所定の圧力（静的圧力）下におけるセンサ出力を基に設定される値である。記憶部は、各種情報を記憶しており、各種情報の１つとして圧力補正係数Ｋｐを記憶している。
Next, the
さらに、ＥＣＵ３０は、圧力補正係数Ｋｐに応じて補正係数αを定める（Ｓ１３５）。補正係数αは、酸素センサ１０を用いた実際の測定結果に基づいて、酸素センサ１０の特性に応じた値が設定されている。本実施形態では、圧力補正係数Ｋｐと補正係数αとの相関が事前に確認されており、補正係数αは圧力補正係数Ｋｐに応じて設定される。ここで、補正係数αとは、例えば、横軸に圧力変化速度（ｄＰ／ｄｔ）、縦軸に測定された酸素濃度のズレとしたグラフを作製した場合の「傾き」に相当する。この傾きの一例としては、特開２０１６−０６１５９５号公報の図８（ｂ）に示すグラフの傾きが挙げられる。
Further, the
次に、ＥＣＵ３０の圧力情報取得部３２は、今回の圧力値Ｐｖの取得処理を行う（Ｓ１４０：圧力情報取得ステップ）。このとき、圧力情報取得部３２は、圧力センサ２０から出力される測定信号Ｓｐ（還元すれば、圧力に係る電気信号）を取得する処理を実行する。の圧力情報取得部３２は、予めＲＯＭなどに記憶されているテーブルや変換式などに基づいて、測定信号Ｓｐ（圧力に係る電気信号）を吸入配管４１の内部を流れる吸気ガスの圧力値Ｐｖに変換する処理を実行する。
Next, the pressure
次いで、ＥＣＵ３０の補正情報演算部３３は、圧力変化速度Ｖａ（＝ｄＰ／ｄｔ）を求める算出処理を行う（Ｓ１５０：補正情報演算ステップ）。圧力変化速度Ｖａの算出方法としては、次の方法を例示することができる。まず、前回のＯ２濃度を算出する際に取得した前回の圧力値Ｐ０をＥＣＵ３０のＲＡＭ等から取得し、Ｓ１４０で取得した今回の圧力値Ｐｖとの圧力差ΔＰ（＝Ｐｖ−Ｐ０）を求める。そして、この圧力差ΔＰを、前回のＯ２濃度を算出したタイミングと、今回のＯ２濃度を算出するタイミングとの時間差Δｔ（所定期間）で除算することにより圧力変化速度Ｖａ（＝ΔＰ／Δｔ）が求められる。なお、圧力変化速度Ｖａを求める算出方法は、上述の方法に限られるものではなく、その他の種々の方法を用いることができる。
Next, the correction
次に、ＥＣＵ３０の補正情報演算部３３および特定周波数設定部３６は、圧力変化速度Ｖａから予め定められた特定周波数成分を抽出し、特定周波数成分を特定圧力変化速度Ｖｂとして演算する処理を実行する（Ｓ１６０：補正情報演算ステップおよび特定周波数設定ステップ）。特定周波数設定部３６は、Ｓ１２０で読み込んだ時定数τに基づいて、ＬＰＦ処理（ローパスフィルタ処理）により抽出する特定周波数成分（換言すれば、特定周波数成分を規定する周波数）を設定する。補正情報演算部３３は、ＬＰＦ処理を実行することで圧力変化速度Ｖａから特定周波数成分を抽出し、抽出した特定周波数成分を特定圧力変化速度Ｖｂに設定する演算を行う。
Next, the correction
次に、ＥＣＵ３０の濃度情報補正部３４は、補正量Ｃａを算出する演算処理を行う（Ｓ１７０：濃度情報補正ステップ）。濃度情報補正部３４は、電流Ｉｐに対して補正係数αおよび特定圧力変化速度Ｖｂを乗算することで、補正量Ｃａ（＝Ｉｐ×α×Ｖｂ）を算出する。
Next, the density
次に、ＥＣＵ３０の濃度情報補正部３４は、補正後電流Ｉｐ’を算出する演算処理を行う（Ｓ１８０：濃度情報補正ステップ）。濃度情報補正部３４は、Ｓ１１０で取得した電流ＩｐからＳ１７０で算出した補正量Ｃａを減算することで、補正後電流Ｉｐ’（＝Ｉｐ−Ｃａ）を算出する。このように補正することにより、Ｓ１１０で取得した電流Ｉｐに含まれる誤差（圧力変化に依存した誤差）を低減でき、より精度の高い補正後電流Ｉｐ’を求めることができる。
Next, the concentration
次に、ＥＣＵ３０の濃度演算部３５は、補正後電流Ｉｐ’に基づいて、酸素濃度を演算する演算処理を行う（Ｓ１９０：濃度演算ステップ）。このとき、濃度演算部３５は、電流Ｉｐと酸素濃度Ｓａとの相関関係に基づき定められるテーブルあるいは変換式などに基づいて、補正後電流Ｉｐ’に対応する酸素濃度Ｓａを演算する。なお、テーブルあるいは変換式は、例えば、予めＲＯＭなどに記憶されている。
Next, the
本実施形態では、圧力補正係数Ｋｐに応じて補正係数αを定めているが、圧力補正係数Ｋｐではなく、補正係数αと相関のある他の酸素センサ特性に応じて補正係数αを定めても良いし、相関に基づかず、補正係数αをＲＯＭに予め記憶しておいても良い。また、全ての酸素センサに対して補正係数αを同じ値としても良い。ただし、酸素センサ毎に補正係数αを定めることで、補正の精度をさらに向上できる。 In the present embodiment, the correction coefficient α is determined according to the pressure correction coefficient Kp. However, even if the correction coefficient α is determined according to other oxygen sensor characteristics correlated with the correction coefficient α, instead of the pressure correction coefficient Kp. Alternatively, the correction coefficient α may be stored in the ROM in advance without being based on the correlation. The correction coefficient α may be the same value for all oxygen sensors. However, the accuracy of correction can be further improved by determining the correction coefficient α for each oxygen sensor.
また、圧力補正係数Ｋｐと時定数τに相関関係がある場合には、いずれか一方をＲＯＭから読み出し、相関関係に基づいて他方を算出しても良い。
［１−３．実験結果］
上記のガスセンサ装置１を用いて酸素濃度を測定した実験結果について、図３から図５を参照しながら説明する。
Further, when there is a correlation between the pressure correction coefficient Kp and the time constant τ, either one may be read from the ROM and the other may be calculated based on the correlation.
[1-3. Experimental result]
The experimental results of measuring the oxygen concentration using the
実験では、酸素を含む試験用ガスを吸入配管４１に供給するとともに試験用ガスの酸素濃度および圧力を任意に変更して調整して、試験用ガスに対する酸素センサ１０の出力値および圧力センサ２０の測定信号Ｓｐをそれぞれ検出した。これら出力値および測定信号Ｓｐに基づいて、実測圧力値Ｐｒ、圧力変化速度Ｖａ、実測電流Ｉｐ、理想電流Ｉｐｉ、電流誤差ｄＩｐ、特定圧力変化速度Ｖｂ（ＬＰＦ後の圧力変化速度Ｖａ）、補正後電流Ｉｐ’をそれぞれ検出した。
In the experiment, a test gas containing oxygen is supplied to the
なお、図示は省略するが、実験装置は、酸素を所定濃度で含む試験用ガスが蓄えられたボンベと、ボンベから供給されたガスの圧力を調整するレギュレータと、ガスの流量を調整するマスフローコントローラと、ガスセンサ装置１が取り付けられるチャンバと、タイマが接続された二方弁と、を備えて構成されている。チャンバには、ガスセンサ装置１の酸素センサ１０および圧力センサ２０が取り付けられている。二方弁は、ガスの流路を開閉するものであり、タイマによって流路を開にする期間を制御するものである。
Although not shown, the experimental apparatus includes a cylinder storing a test gas containing oxygen at a predetermined concentration, a regulator for adjusting the pressure of the gas supplied from the cylinder, and a mass flow controller for adjusting the gas flow rate. And a chamber to which the
図３における３つの表示領域（最上部、中央部、最下部）のうち最上部に示すように、試験用ガスの圧力である実測圧力値Ｐｒは、時刻０．９５［ｓｅｃ］よりも前の期間では値が０であり、時刻０．９５［ｓｅｃ］以後に値の増加が始まる。このあと、実測圧力値Ｐｒは、時刻１．２０［ｓｅｃ］あたりまでは大きく増加しており、その後は増加割合が小さくなり、時刻１．６０［ｓｅｃ］あたりで最大値（約２２５［ｋＰａ］）となる。 As shown at the top of the three display areas (top, center, and bottom) in FIG. 3, the measured pressure value Pr, which is the pressure of the test gas, is before the time 0.95 [sec]. The value is 0 in the period, and the value starts increasing after time 0.95 [sec]. Thereafter, the actually measured pressure value Pr greatly increases until around time 1.20 [sec], and thereafter, the increasing rate decreases and reaches a maximum value (about 225 [kPa] around time 1.60 [sec]. )
この実測圧力値Ｐｒにおける圧力変化速度Ｖａ（＝ｄＰ／ｄｔ）は、時刻０．９５［ｓｅｃ］以前は０［ｋＰａ／ｓｅｃ］であり、時刻０．９５［ｓｅｃ］以後は値が増加して時刻１．０２［ｓｅｃ］あたりで最大値（約８５０［ｋＰａ／ｓｅｃ］）となり、その後、徐々に値が低下して、時刻１．４０［ｓｅｃ］あたりで０［ｋＰａ／ｓｅｃ］となる。 The pressure change speed Va (= dP / dt) at the actually measured pressure value Pr is 0 [kPa / sec] before time 0.95 [sec], and the value increases after time 0.95 [sec]. It reaches the maximum value (approximately 850 [kPa / sec]) around time 1.02 [sec], and then gradually decreases to 0 [kPa / sec] around time 1.40 [sec].
また、図３における３つの表示領域のうち中央部に示すように、実測電流Ｉｐは、時刻０．９５［ｓｅｃ］よりも前の期間では値が約０．８０［ｍＡ］であり、時刻０．９５［ｓｅｃ］以後は値が増加して時刻１．１０［ｓｅｃ］あたりで最大値（約１．５０［ｍＡ］）となる。その後、実測電流Ｉｐは、徐々に低下していき、時刻１．５０［ｓｅｃ］あたりで１．２０［ｍＡ］に収束する。
In addition, as shown in the center of the three display areas in FIG. 3, the measured current Ip has a value of about 0.80 [mA] in a period before time 0.95 [sec], and
このときの試験用ガスの酸素濃度変化に対する理想電流Ｉｐｉは、図３における３つの表示領域のうち中央部において点線で示すような波形となる。理想電流Ｉｐｉは、時刻０．９５［ｓｅｃ］よりも前の期間では値が約０．８０［ｍＡ］であり、時刻０．９５［ｓｅｃ］以後は値が増加して、時刻１．５０［ｓｅｃ］あたりで１．２０［ｍＡ］に収束する。 At this time, the ideal current Ipi with respect to the change in the oxygen concentration of the test gas has a waveform as indicated by a dotted line in the central portion of the three display regions in FIG. The ideal current Ipi has a value of about 0.80 [mA] in a period before the time 0.95 [sec], increases after the time 0.95 [sec], and reaches a time 1.50 [mA]. per second] and converges to 1.20 [mA].
そして、実測電流Ｉｐと理想電流Ｉｐｉとの差分値である電流誤差ｄＩｐ（＝Ｉｐ−Ｉｐｉ）は、図３における３つの表示領域のうち最下部に示すような波形となる。
次に、図４に示すように、特定圧力変化速度Ｖｂ（ＬＰＦ後の圧力変化速度Ｖａ）は、時刻０．９５［ｓｅｃ］以前は０［ｋＰａ／ｓｅｃ］であり、時刻０．９５［ｓｅｃ］以後は値が増加して時刻１．１０［ｓｅｃ］あたりで最大値（約５００［ｋＰａ／ｓｅｃ］）となり、その後、徐々に値が低下して、時刻１．８０［ｓｅｃ］あたりで０［ｋＰａ／ｓｅｃ］となる。
A current error dIp (= Ip−Ipi), which is a difference value between the measured current Ip and the ideal current Ipi, has a waveform as shown at the bottom of the three display areas in FIG.
Next, as shown in FIG. 4, the specific pressure change rate Vb (pressure change rate Va after LPF) is 0 [kPa / sec] before time 0.95 [sec], and time 0.95 [sec. After that, the value increases and reaches a maximum value (approximately 500 [kPa / sec]) around time 1.10 [sec], and then gradually decreases to 0 around time 1.80 [sec]. [KPa / sec].
そして、ガスセンサ装置１のＥＣＵ３０で算出される補正後電流Ｉｐ’は、図４に示すように、時刻０．９５［ｓｅｃ］よりも前の期間では値が約０．８０［ｍＡ］であり、時刻０．９５［ｓｅｃ］以後は値が増加して、時刻１．５０［ｓｅｃ］あたりで１．２０［ｍＡ］に収束する。
The corrected current Ip ′ calculated by the
この実験結果によれば、補正後電流Ｉｐ’は、理想電流Ｉｐｉとほぼ同様の波形となることが分かる。つまり、ガスセンサ装置１は、ＥＣＵ３０が補正後電流Ｉｐ’を算出する演算処理を行うことで、酸素センサ１０から取得した電流Ｉｐに含まれる誤差（圧力変化に依存した誤差）が低減された補正後電流Ｉｐ’を求めることができる。
According to this experimental result, it can be seen that the corrected current Ip ′ has a waveform substantially similar to the ideal current Ipi. In other words, the
次に、特性の異なる複数の酸素センサ１０を用いて、上記と同様の実験を行い、酸素センサ１０ごとに補正後電流Ｉｐ’と理想電流Ｉｐｉとの誤差率［％］（Ｉｐ誤差率＝｜（Ｉｐ’−Ｉｐｉ）／Ｉｐｉ｜×１００）を測定した。この実験では、比較例として、従来の補正方法により得られた補正後電流Ｉｐ’と理想電流Ｉｐｉとの誤差率についても測定した。
Next, an experiment similar to the above is performed using a plurality of
なお、従来の補正方法は、上記の酸素濃度算出処理（濃度演算処理）においてＬＰＦ処理（Ｓ１６０）を実施せずに、補正量Ｃａ（Ｓ１７０）の算出にあたり特定圧力変化速度Ｖｂに代えて圧力変化速度Ｖａを用い（Ｃａ＝Ｉｐ×α×Ｖａ）、その補正量Ｃａを用いて電流Ｉｐを補正して、補正後電流Ｉｐ’を算出する方法である。 Note that the conventional correction method does not perform the LPF process (S160) in the oxygen concentration calculation process (concentration calculation process) described above, but instead of the specific pressure change rate Vb in calculating the correction amount Ca (S170). This is a method of calculating the corrected current Ip ′ by correcting the current Ip using the velocity Va (Ca = Ip × α × Va) and using the correction amount Ca.
なお、酸素センサ１０のそれぞれの特性は、例えば、圧力補正係数Ｋｐ（または、補正係数α）で表すことができる。そこで、Ｉｐ誤差率に関する実験結果を、圧力補正係数Ｋｐに対するＩｐ誤差率［％］の相関関係として、図５に表した。図５では、ガスセンサ装置１のＥＣＵ３０を用いた実験結果を「今回の補正」として表し、比較例を「従来の補正」として表した。
Each characteristic of the
図５の実験結果によれば、「今回の補正」は、「従来の補正」と比べて、圧力補正係数Ｋｐの広い範囲にわたりＩｐ誤差率が低下していることが分かる。つまり、ガスセンサ装置１のＥＣＵ３０による電流Ｉｐの補正方法によれば、ＬＰＦ処理（Ｓ１６０）を行わない従来の補正に比べて、より精度良くガス濃度（酸素濃度）を検出できる。
According to the experimental result of FIG. 5, it can be seen that the “current correction” has a lower Ip error rate over a wider range of the pressure correction coefficient Kp than the “conventional correction”. That is, according to the correction method of the current Ip by the
［１−４．効果］
以上説明したように、ガスセンサ装置１のＥＣＵ３０は、酸素センサ１０から出力される電流Ｉｐを取得し（Ｓ１１０）、電流Ｉｐに基づいて酸素濃度Ｓａを演算する（Ｓ１９０）ように構成されている。なお、電流Ｉｐは、吸気ガスに含まれる酸素の濃度に応じて変化する濃度情報である。
[1-4. effect]
As described above, the
ＥＣＵ３０は、圧力センサ２０から測定信号Ｓｐを取得して吸気ガスの圧力値Ｐｖに変換し（Ｓ１４０）、圧力値Ｐｖに基づいて吸気ガスの圧力変化状態を示す圧力変化速度Ｖａを演算する（Ｓ１５０）。
The
ＥＣＵ３０は、ＬＰＦ処理を実行することで、圧力変化速度Ｖａから特定周波数成分を抽出し、特定圧力変化速度Ｖｂを算出する（Ｓ１６０）。なお、ＥＣＵ３０は、酸素センサ１０の特性に応じて定められる時定数τを記憶部（ＲＯＭなど）から読み込み（Ｓ１２０）、その時定数τをＬＰＦ処理に用いている。
The
ＥＣＵ３０は、電流Ｉｐに対して補正係数αおよび特定圧力変化速度Ｖｂを乗算することで、補正量Ｃａ（＝Ｉｐ×α×Ｖｂ）を算出し（Ｓ１７０）、補正量Ｃａを用いて補正後電流Ｉｐ’を算出し（Ｓ１８０）、補正後電流Ｉｐ’に基づいて酸素濃度Ｓａを算出する（Ｓ１９０）。
The
このガスセンサ装置１のＥＣＵ３０は、圧力変化速度Ｖａをそのまま利用して電流Ｉｐを補正するのではなく、圧力変化速度Ｖａから抽出した特定周波数成分である特定圧力変化速度Ｖｂを用いて電流Ｉｐを補正するように構成されている。このような方法で電流Ｉｐを補正することで、圧力変化の影響を低減でき、電流Ｉｐの変化状態を実際の濃度変化に近づけることができる。
The
よって、ガスセンサ装置１のＥＣＵ３０は、吸気ガスにおける圧力変化の影響を低減でき、酸素濃度の検出精度の低下を抑制できるため、酸素濃度の検出精度を向上できる。
次に、ＥＣＵ３０においては、酸素センサ１０の特性に応じて定められる時定数τ（Ｓ１２０）を取得し、その時定数τをＬＰＦ処理で利用している。時定数τは、ＬＰＦ処理での特定周波数成分を規定する周波数を定めるものである。つまり、ＥＣＵ３０は、ＬＰＦ処理での特定周波数成分を規定する周波数を、酸素センサ１０の特性に基づいて設定している。
Therefore, the
Next, the
このように酸素センサ１０の特性に応じてＬＰＦ処理の時定数τ（換言すれば、特定周波数成分を規定する周波数）を設定することで、酸素センサ１０の特性に応じた濃度補正情報（特定圧力変化速度Ｖｂ）を得ることができる。
In this way, by setting the time constant τ of LPF processing (in other words, the frequency defining the specific frequency component) according to the characteristics of the
よって、ＥＣＵ３０は、酸素センサ１０の特性に応じた濃度補正情報（特定圧力変化速度Ｖｂ）を用いることで、より一層、酸素濃度の検出精度を向上できる。
［１−５．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。
Therefore, the
[1-5. Correspondence of wording]
Here, the correspondence between words will be described.
エンジンコントロールユニット３０（演算部３０，ＥＣＵ３０）が濃度演算装置に相当し、酸素センサ１０がガスセンサに相当し、吸入配管４１が流路に相当する。
濃度情報取得部３１が濃度情報取得部に相当し、濃度演算部３５が濃度演算部に相当し、圧力情報取得部３２が圧力情報取得部に相当し、補正情報演算部３３が補正情報演算部に相当し、濃度情報補正部３４が濃度情報補正部に相当し、特定周波数設定部３６が特定周波数設定部に相当する。
The engine control unit 30 (
The concentration
Ｓ１１０が濃度情報取得ステップに相当し、Ｓ１４０が圧力情報取得ステップに相当し、Ｓ１５０およびＳ１６０が補正情報演算ステップに相当し、Ｓ１７０およびＳ１８０が濃度情報補正ステップに相当し、Ｓ１９０が濃度演算ステップに相当する。 S110 corresponds to the density information acquisition step, S140 corresponds to the pressure information acquisition step, S150 and S160 correspond to the correction information calculation step, S170 and S180 correspond to the density information correction step, and S190 corresponds to the density calculation step. Equivalent to.
電流Ｉｐが濃度情報に相当し、酸素濃度Ｓａが特定成分濃度に相当し、圧力値Ｐｖが圧力情報に相当し、圧力変化速度Ｖａが圧力変化情報に相当し、特定圧力変化速度Ｖｂが濃度補正情報に相当し、補正後電流Ｉｐ’が補正後の濃度情報に相当する。 The current Ip corresponds to the concentration information, the oxygen concentration Sa corresponds to the specific component concentration, the pressure value Pv corresponds to the pressure information, the pressure change rate Va corresponds to the pressure change information, and the specific pressure change rate Vb corrects the concentration. It corresponds to the information, and the corrected current Ip ′ corresponds to the corrected density information.
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
[2. Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this indication was described, this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be carried out in various modes in the range which does not deviate from the gist of this indication.
例えば、上記の実施形態では、内燃機関の吸気ガスに含まれる酸素の濃度を測定するガスセンサ装置に本開示を適用した実施形態について説明したが、本開示を適用可能な実施形態は、このようなガスセンサ装置に限られることはなく、他の濃度演算装置であっても良い。例えば、測定対象ガスは吸気ガスに限られることはなく排気ガスであっても良く、特定ガス成分は酸素に限られることはなく他のガス成分（ＮＯ、ＮＯｘ、ＣＯ、水素など）であってもよい。 For example, in the above-described embodiment, the embodiment in which the present disclosure is applied to the gas sensor device for measuring the concentration of oxygen contained in the intake gas of the internal combustion engine has been described. The concentration sensor is not limited to the gas sensor device, and may be another concentration calculation device. For example, the measurement target gas is not limited to intake gas but may be exhaust gas, and the specific gas component is not limited to oxygen, but other gas components (NO, NOx, CO, hydrogen, etc.) Also good.
また、時定数τおよび係数Ｋｐは、予め定められた固定値に限られることはなく、可変値であってもよい。例えば、実際の使用環境下での各種状態量に基づき学習処理を行い、その学習結果に応じて、時定数τおよび係数Ｋｐの値を変更する構成であってもよい。 Further, the time constant τ and the coefficient Kp are not limited to predetermined fixed values, and may be variable values. For example, a configuration may be used in which learning processing is performed based on various state quantities in an actual use environment, and the values of the time constant τ and the coefficient Kp are changed according to the learning result.
次に、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 Next, the function of one component in the above embodiment may be shared by a plurality of components, or the function of a plurality of components may be exhibited by one component. Moreover, you may abbreviate | omit a part of structure of the said embodiment. In addition, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment. In addition, all the aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
上述したコンピュータシステムの他、当該コンピュータシステムを構成要素とする上位システム、当該コンピュータシステムとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、濃度算出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。 In addition to the computer system described above, a host system having the computer system as a component, a program for causing the computer to function as the computer system, a non-transitional actual recording medium such as a semiconductor memory storing the program, and a concentration calculation method The present disclosure can also be realized in various forms.
１…ガスセンサ装置、１０…酸素センサ（ガスセンサ）、２０…圧力センサ、３０…エンジンコントロールユニット（演算部、ＥＣＵ）、３１…濃度情報取得部、３２…圧力情報取得部、３３…補正情報演算部、３４…濃度情報補正部、３５…濃度演算部、３６…特定周波数設定部、４０…内燃機関、４１…吸入配管、４２…排気配管、４３…排気再循環配管（ＥＧＲ配管）、４４…吸気弁、４５…調節弁。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記濃度情報に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を演算する濃度演算部と、
を備える濃度演算装置であって、
前記流路における前記測定対象ガスの圧力を表す圧力情報を取得する圧力情報取得部と、
前記圧力情報に基づいて前記測定対象ガスの圧力変化状態を示す圧力変化情報を演算し、前記圧力変化情報から予め定められた特定周波数成分を抽出し、前記特定周波数成分を濃度補正情報として演算する補正情報演算部と、
前記濃度補正情報を用いて前記圧力変化状態の影響を低減するように前記濃度情報を補正する濃度情報補正部と、
を備え、
前記濃度演算部は、前記濃度情報補正部による補正後の前記濃度情報に基づいて前記特定成分濃度を演算する、
濃度演算装置。 Concentration information acquisition for acquiring concentration information detected by a gas sensor provided in a flow path of a measurement target gas in an internal combustion engine, which varies depending on the concentration of a specific gas component contained in the measurement target gas And
A concentration calculator that calculates a specific component concentration that is a concentration of the specific gas component based on the concentration information;
A concentration calculation device comprising:
A pressure information acquisition unit for acquiring pressure information indicating the pressure of the measurement target gas in the flow path;
Based on the pressure information, pressure change information indicating a pressure change state of the measurement target gas is calculated, a predetermined specific frequency component is extracted from the pressure change information, and the specific frequency component is calculated as concentration correction information. A correction information calculation unit;
A density information correction unit that corrects the density information so as to reduce the influence of the pressure change state using the density correction information;
With
The concentration calculation unit calculates the specific component concentration based on the concentration information after correction by the concentration information correction unit.
Concentration calculator.
請求項１に記載の濃度演算装置。 A specific frequency setting unit configured to set a frequency defining the specific frequency component based on characteristics of the gas sensor;
The concentration calculation apparatus according to claim 1.
前記濃度情報に基づいて前記特定ガス成分の濃度である特定成分濃度を演算する濃度演算ステップと、
を備える濃度演算方法であって、
前記流路における前記測定対象ガスの圧力を表す圧力情報を取得する圧力情報取得ステップと、
前記圧力情報に基づいて前記測定対象ガスの圧力変化状態を示す圧力変化情報を演算し、前記圧力変化情報から予め定められた特定周波数成分を抽出し、前記特定周波数成分を濃度補正情報として演算する補正情報演算ステップと、
前記濃度補正情報を用いて前記圧力変化状態の影響を低減するように前記濃度情報を補正する濃度情報補正ステップと、
を備え、
前記濃度演算ステップでは、前記濃度情報補正ステップによる補正後の前記濃度情報に基づいて前記特定成分濃度を演算する、
濃度演算方法。 Concentration information acquisition for acquiring concentration information detected by a gas sensor provided in a flow path of a measurement target gas in an internal combustion engine, which varies depending on the concentration of a specific gas component contained in the measurement target gas Steps,
A concentration calculating step of calculating a specific component concentration that is a concentration of the specific gas component based on the concentration information;
A concentration calculation method comprising:
A pressure information acquisition step of acquiring pressure information representing the pressure of the measurement target gas in the flow path;
Based on the pressure information, pressure change information indicating a pressure change state of the measurement target gas is calculated, a predetermined specific frequency component is extracted from the pressure change information, and the specific frequency component is calculated as concentration correction information. A correction information calculation step;
A density information correction step for correcting the density information so as to reduce the influence of the pressure change state using the density correction information;
With
In the concentration calculation step, the specific component concentration is calculated based on the concentration information corrected by the concentration information correction step.
Concentration calculation method.
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